лю ниже 5 А - 2 часа и может быть увеличено до 6 часов, если однофазное замыкание находится вне обмоток;

-в кабельных сетях 6-35 кВ, не содержащих присоединенных турбогенераторов, синхронных компенсаторов и мощных электродвигателей - 2 часа и может быть допущено увеличение до 6 часов по согласованию с энергоснабжающей организацией;

-в воздушных сетях, работающих с изолированной нейтралью или компенсацией емкостного тока замыкания на землю и не содержащих электростанций и присоединений с электродвигателями, время отключения однофазного замыкания на землю не нормируется.

4.Принцип действия ОПН

Основными защитными аппаратами (ЗА) для защиты изоляции от грозовых и коммутационных перенапряжений являются вентильные разрядники и нелинейные ограничители перенапряжений. При построении схем защиты от перенапряжений оборудования РУ с помощью ОПН и РВ необходимо решать две основные тесно связанные друг с другом задачи:

−выбор числа, мест установки и характеристик ЗА, которые обеспечат надежную защиту изоляции от грозовых и коммутационных перенапряжений;

−обеспечение надежной работы самих ЗА при воздействии на них рабочего напряжения сети, а также при воздействии квазистационарных перенапряжений, для ограничения которых ЗА не предназначены.

Защитные свойства РВ и ОПН основаны на нелинейности вольтамперной характеристики их рабочих элементов, обеспечивающей заметное снижение сопротивления при повышенных напряжениях и возврат в исходное состояние после снижения напряжения до нормального рабочего. Низкая нелинейность вольтамперной характеристики рабочих элементов в разрядниках не позволяла обеспечить одновременно и достаточно глубокое ограничение перенапряжений, и малый ток проводимости при воздействии рабочего напряжения. Поэтому в конструкции разрядника были использованы искровые промежутки, включаемые последовательно с нелинейными элементами и позволяющие избежать воздействия на них рабочего напряжения, срабатывающие, однако в случае возникновения перенапряжений, опасных для защищаемого оборудования. Значительно большая нелинейность окисно-цинковых сопротивлений (варисторов) ограничителей перенапряжений ОПН позволила отказаться от использования в их конструкции искровых промежутков, т.е. нелинейные элементы ОПН присоединены к сети в течение всего срока его службы.

Внастоящее время вентильные разрядники практически сняты с произ-

16

водства, а в эксплуатации в большинстве случаев отслужили свой нормативный срок службы. Построение схем защиты изоляции оборудования как новых, так

имодернизируемых РУ, от грозовых и коммутационных перенапряжений теперь оказывается возможным только с использованием ОПН.

ОПН не предназначен для ограничения квазистационарных перенапряжений и защиты оборудования от них, так как это потребовало бы неоправданных затрат на параллельные элементы в конструкции ОПН. Поэтому способы ограничения квазистационарных перенапряжений выходят за рамки настоящих Рекомендаций и здесь не рассматриваются.

Внормальном режиме ток через ограничитель имеет емкостной характер

исоставляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжения резисторы ОПН переходят в проводящее состояние и ограничивают дальнейшее нарастание перенапряжения до уровня безопасного для изоляции защищаемого оборудования. Когда перенапряжения снижаются, ОПН вновь возвращается в непроводящее состояние (рисунок 1)

Рисунок 1 - Осциллограмма, характеризующая принцип работы ОПН.

При напряжениях, не превышающих 0,7 U100 (U100 – напряжение на варисторе при импульсном токе 8/20 мкс 100 А) преобладает емкостная составляю-

17

щая тока, не вызывающая нагрева ОПН. Этому соответствует градиент напряжения 1,0 кВ/см. При больших градиентах напряжения резко возрастает нелинейная проводимость и активная составляющая тока, что приводит к существенному нагреву варисторов. Критическое значение градиента рабочего напряжения 1,0 кВ/см соответствует максимально допустимому току через варистор1мА, являющемуся в основном току проводимости.

Пропускная способность ОПН и характер их повреждения зависит от амплитуды и длительности протекания тока через них. При протекании через ОПН импульсов тока большой длительности, характерных для коммутационных перенапряжений наблюдается их существенный нагрев. Амплитуда импульса, приводящая к повреждению вариаторов, составляет 80-120 А. В результате такого воздействия, происходит проплавление в варисторах сквозного отверстия. При коротких импульсах тока 8/20 характерных для грозовых перенапряжений, вариаторы не разрушаются даже при воздействии импульсов с ам-

плитудой 1000-1500 А.

Дальнейшее увеличение тока приводит к их перекрытию по боковой поверхности, однако ток перекрытий может быть увеличен, если торцевую поверхность варистора покрыть специальным изоляционным лаком или залить варисторы полимерным компаундом.

ОПНы комплектуются из большого числа параллельно и последовательно соединенных в колонку варисторов. Число параллельных колонок в ОПНе определяется номинальным напряжением сети.

Расчетный коммутационный ток берется для коммутации, сопровождающейся наибольшей кратностью и большей длительностью этого тока в сетях 6- 35 кВ в зависимости от вида защищаемого электрооборудования и находится в пределах от 200 до 600 А. Причем для ОПН, установленных на шинах (секциях) они несколько больше, чем для ОПН, предназначенных для защиты электрооборудования присоединений.

В СНГ коммутационные токи эквивалентируются волной 1,2/2,5 мкс и 30/60 мкс, в МЭК – 2000 мкс. Импульсные токи в СНГ волной 8/20 мкс, а МЭК

– волнами 8/20 и 4/10 мкс.

Энергия, запасенная в приведенных выше волнах тока на 1 кВ напряжения Uф, приведена в таблице 3.

Таблица 3 – Соотношение энергий различных волн тока.

18

Из таблицы видно, что:

−из реальных воздействий наибольшей энергией обладает прямоугольная волна длительностью 2000 мкс и волна 1,2/2,1 мкс, эквивалентные коммутационным перенапряжениям;

−импульс 4/10 мкс, характеризующий устойчивость ограничителя при прямых ударах молнии, обладает приблизительно той же энергией, что и импульсы, эквивалентирующие коммутационные токи.

Таким образом, при выборе ОПН, с точки зрения энергопоглащения, определяющим является коммутационный импульс.

5.Конструкция ОПН

Ограничитель перенапряжений представляет собой колонку из последовательно соединенных N нелинейных сопротивлений - варисторов, изготавливаемых в виде шайб той или иной высоты h и диаметра D. В ряде случаев ОПН представляет собой несколько колонок варисторов, работающих параллельно. На рисунке 2 приведена схема сборки варисторов.

Рисунок 2 –Внешний вид колонки из N последовательно соединенных варисторов.

Испытаниям подвергаются как отдельные элементы конструкции ОПН (варисторы, полимерная или фарфоровая изоляционная покрышка), так и полностью собранные ОПН. В процессе испытаний, проводимых на варисторах конкретного производителя, в частности, могут быть определены:

−наибольший допустимый градиент Енр (кВ/см) рабочего напряжения промышленной частоты по высоте варистора;

−допустимая плотность Jдоп (А/см2) импульсного тока прямоугольной формы длительностью 2000 мкс по поперечному сечению варистора.

Если требуется изготовить ОПН с наибольшим рабочим напряжением Uнро, то высоту колонки варисторов для такого ОПН можно определить из простого соотношения Н =Uнро/Енр. При сборке следует использовать варисторы той высоты h (из числа типовых значений), которая удовлетворит условию

т.е. обеспечит высоту hN колонки из N варисторов (N - целое число) равной или несколько большей, чем требуемая высота Н. Видно, что для заданного типа варисторов (высоты h и градиента Енр) наибольшее рабочее напряжение ОПН пропорционально числу этих варисторов.

Если требуется изготовить ОПН с током пропускной способности I п, то диаметр колонки варисторов для такого ОПН можно определить из простого соотношения

откуда видно, что для заданного типа варисторов (плотности тока Jдоп) ток пропускной способности пропорционален квадрату диаметра варисторов. При сборке следует использовать варисторы такого диаметра (из числа типовых значений), который удовлетворит условию

На рисунке 3 представляет чертеж ОПН в разрезе.

Рисунок 3 – ОПН в разрезе,

1 – усиливающие элементы, 2 – варисторы, 3 – покрышка, 4 – защитная лента, 5 - фланец

Если необходимый эквивалентный диаметр D варисторов, обеспечивающий желаемый ток пропускной способности Iп, оказался больше, чем максимально возможный (из типовых значений диаметра единичного варистора), то необходимо рассмотреть конструкцию ОПН с параллельными колонками варисторов. Диаметр одной колонки варисторов и число параллельных колонок ОПН можно определить из простого соотношения

Выбор наибольшего рабочего напряжения ОПН и тока пропускной

20